本期作者:大教授
編輯排版:夏夢(mèng)馨
2017年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了三位美國(guó)科學(xué)家Jeffrey C. Hall、Michael Rosbash、Michael W. Young,以表彰他們發(fā)現(xiàn)了調(diào)控晝夜節(jié)律(Circadian Rhythms)的分子機(jī)制。可以說(shuō)是眾望所歸,期待已久。而晝夜節(jié)律的研究中,最不可或缺的科學(xué)家應(yīng)該是Ron Konopka 和 Seymour Benzer。
Deletion test
不可或缺的科學(xué)家
霍華德-休斯研究所(HHMI) Janelia Farm 執(zhí)行所長(zhǎng)Gerry Rubi于2011年在Nature撰文提出一個(gè)Deletion test的概念,意思是如果某一個(gè)科學(xué)家沒(méi)有出現(xiàn),某一個(gè)領(lǐng)域可能就不存在,我們可以稱之為“不可或缺”。大多數(shù)的科學(xué)家都過(guò)不了Deletion test,但是在2017年的諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?lì)I(lǐng)域——調(diào)控晝夜節(jié)律(Circadian Rhythms)的分子機(jī)制,有兩位未上榜的科學(xué)家Ron Konopka 和 Seymour Benzer可以真正稱之為“不可或缺”的人物。
地球上的生物,從最簡(jiǎn)單的細(xì)菌到人都有一個(gè)周期大約為24小時(shí)的周期性變化,即為晝夜節(jié)律,也稱為近日節(jié)律(接近1天的意思,circa:大約;dian:天)。人體的清醒、睡眠、體溫、認(rèn)知、激素分泌、藥物/能量代謝等各項(xiàng)生理生化活動(dòng)都呈現(xiàn)晝夜節(jié)律。起初,人們認(rèn)為晝夜節(jié)律僅僅是一個(gè)“日出日落”強(qiáng)制性導(dǎo)致的一個(gè)生命現(xiàn)象,但是,生長(zhǎng)在全黑(或全亮)環(huán)境中的生物也呈現(xiàn)類似的晝夜節(jié)律,表明晝夜節(jié)律是一個(gè)內(nèi)源性的生理現(xiàn)象。
最早有關(guān)晝夜節(jié)律的描述是公元前4世紀(jì)亞歷山大時(shí)期的一位船長(zhǎng)Androsthenes ,其描述了羅望子樹樹葉運(yùn)動(dòng)呈現(xiàn)晝夜節(jié)律。而中國(guó)13世紀(jì)的醫(yī)學(xué)著作“子午流注”最早描述人體晝夜節(jié)律變化(即按時(shí)辰規(guī)律進(jìn)行不同穴位的針灸方法,認(rèn)為人體中十二條經(jīng)脈對(duì)應(yīng)著每日的十二個(gè)時(shí)辰,不同的經(jīng)脈中的氣血會(huì)隨著時(shí)辰的不斷變化而的盛衰上面有漲落起伏)。
最早觀察到內(nèi)源性的晝夜節(jié)律現(xiàn)象的是法國(guó)科學(xué)家Jean-Jacques d'Ortous de Mairan,他在1729年記錄了含羞草葉片運(yùn)動(dòng)在全黑的環(huán)境中依然保持接近24小時(shí)的規(guī)律。1918年,Szymanski發(fā)現(xiàn)在全黑的環(huán)境中,動(dòng)物的活動(dòng)保持一個(gè)接近24小時(shí)的節(jié)律。
有關(guān)生物節(jié)律的分子機(jī)制的研究起始于Ron Konopka 和 Seymour Benzer。
Benzer于1947年獲得了物理學(xué)的博士學(xué)位,并且被聘為美國(guó)普渡大學(xué)的物理學(xué)助理教授。但是出于對(duì)生命科學(xué)的熱愛(ài),Benzer加入加州理工大學(xué)Max Delbrück的實(shí)驗(yàn)室接受博士后訓(xùn)練,進(jìn)行噬菌體遺傳學(xué)研究。博士后訓(xùn)練之后,Benzer回到普渡大學(xué),開創(chuàng)了一個(gè)新的遺傳學(xué)技術(shù)—T4 rII噬菌體系統(tǒng),并且提出基因的順?lè)醋樱–istron)概念,其工作影響了同時(shí)代大批科學(xué)家,并且導(dǎo)致了后來(lái)三聯(lián)體遺傳密碼子的發(fā)現(xiàn)。
1967年,Benzer回到加州理工,開始行為遺傳學(xué)的研究。Benzer使用誘變劑誘導(dǎo)果蠅產(chǎn)生突變,然后篩選各種表型,包括晝夜節(jié)律和學(xué)習(xí)記憶等。1971年,Benzer 和他的學(xué)生Ron Konopka發(fā)現(xiàn)了第一個(gè)晝夜節(jié)律異常的突變果蠅,他們發(fā)現(xiàn)了三種不同的突變表型:沒(méi)有節(jié)律,周期變短和周期變長(zhǎng)的表型。他們發(fā)現(xiàn)三種表型都涉及同一個(gè)位于X染色體的基因,他們命名為Period基因(Per)。
當(dāng)時(shí),行為遺傳學(xué)領(lǐng)域有兩個(gè)針鋒相對(duì)的理論,其中以 Jerry Hirsch為代表的一派認(rèn)為行為學(xué)極為復(fù)雜,不可能用單個(gè)基因突變來(lái)解釋,甚至寫信給Benzer就職的加州理工大學(xué),宣稱其研究為偽科學(xué)(此處省略2000字,詳情可查找饒毅教授的文章)。但是Per突變果蠅的發(fā)現(xiàn),以及后來(lái)Per基因的克隆,明確地表示基因可以控制像晝夜節(jié)律這樣復(fù)雜的行為學(xué)。Benzer一輩子一直在利用果蠅研究調(diào)控各種行為的遺傳機(jī)制,在他2007年(85歲)去世之后,Cell還發(fā)表了他的最后一篇論文,有關(guān)4E-BP與長(zhǎng)壽的關(guān)系。
而Ron Konopka也成為這個(gè)故事里面最悲催的角色。Ron在斯坦福大學(xué)完成博士后訓(xùn)練之后,1974年成為加州理工大學(xué)的助理教授,但是他沒(méi)有通過(guò)Tenure,之后他轉(zhuǎn)到Clarkson大學(xué),他的Tenure申請(qǐng)?jiān)僖淮伪环駴Q,1990年,Ron徹底退出學(xué)術(shù)界,在一個(gè)高中擔(dān)任教師,直到2015年因?yàn)樾呐K病去世。
今年諾貝爾生理學(xué)與醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)?wù)逺osbash教授在2015年Cell發(fā)表了Ron Konopka的訃告,稱Ron Konopka 和 Seymour Benzer的工作是他們后來(lái)發(fā)現(xiàn)晝夜節(jié)律調(diào)節(jié)的分子機(jī)制的房角石(conerstone)。而Ron Konopka 和 Seymour Benzer是晝夜節(jié)律領(lǐng)域 “不可或缺”的人物。
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